Java并發編程之原子變量與非阻塞同步機制

2019-11-26 15:13:09

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1.非阻塞算法

非阻塞算法屬于并發算法，它們可以安全地派生它們的線程，不通過鎖定派生，而是通過低級的原子性的硬件原生形式 ―― 例如比較和交換。非阻塞算法的設計與實現極為困難，但是它們能夠提供更好的吞吐率，對生存問題（例如死鎖和優先級反轉）也能提供更好的防御。使用底層的原子化機器指令取代鎖,比如比較并交換(CAS,compare-and-swap).

2.悲觀技術

獨占鎖是一種悲觀的技術.它假設最壞的情況發生(如果不加鎖,其它線程會破壞對象狀態),即使沒有發生最壞的情況,仍然用鎖保護對象狀態.

3.樂觀技術

依賴沖突監測.先更新,如果監測發生沖突發生,則放棄更新后重試,否則更新成功.現在處理器都有原子化的讀-改-寫指令,比如比較并交換(CAS,compare-and-swap).

4.CAS操作

CAS有3個操作數，內存值V，舊的預期值A，要修改的新值B。當且僅當預期值A和內存值V相同時，將內存值V修改為B，否則什么都不做。CAS典型使用模式是：首先從V中讀取A，并根據A計算新值B，然后再通過CAS以原子方式將V中的值由A變成B（只要在這期間沒有任何線程將V的值修改為其他值）。

清單 3. 說明比較并交換的行為（而不是性能）的代碼

復制代碼代碼如下:

public class SimulatedCAS {
private int value;

public synchronized int getValue() { return value; }

    public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {
         int oldValue = value;
         if (value == expectedValue)
             value = newValue;
         return oldValue;
     }
}

清單 4. 使用比較并交換實現計數器

復制代碼代碼如下:

public class CasCounter {
    private SimulatedCAS value;
    public int getValue() {
        return value.getValue();
    }
    public int increment() {
        int oldValue = value.getValue();
        while (value.compareAndSwap(oldValue, oldValue + 1) != oldValue)
            oldValue = value.getValue();
        return oldValue + 1;
    }
}

5.原子變量

原子變量支持不用鎖保護就能原子性更新操作，其底層用CAS實現。共有12個原子變量，可分為4組：標量類、更新器類、數組類以及復合變量類。最常用的原子變量就是標量類：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean以及AtomicReference。所有類型都支持CAS。

6.性能比較：鎖與原子變量

在中低程度的競爭下，原子變量能提供很高的可伸縮性，原子變量性能超過鎖；而在高強度的競爭下，鎖能夠更有效地避免競爭，鎖的性能將超過原子變量的性能。但在更真實的實際情況中，原子變量的性能將超過鎖的性能。

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